CN114354437A - 一种树木枝叶及枯落物的含水率测定方法 - Google Patents

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Abstract

此方法主要是为了有效的预防森林火灾，减少火灾发生次数，本发明通过提供一种可靠的森林地表可燃物(树木、枝叶及枯落物)含水率测定方法，结合森林资源分布、气象条件、地形地貌，创建可燃物含水率与降雨量、时间、温度、植被类型等关系，为森林火险气象预报、综合预报方法建立重要依据，通过微样地数据和降雨量实验结合，分析主要树种的含水率计算方法，为林火监督与防控以及林火火险等级预报提供了一种新的思路和方法。

Description

一种树木枝叶及枯落物的含水率测定方法
一、技术领域
本发明涉及一种基于气象数据、感知网络仪器的树木、枝叶及枯落物含水率的测定方法。
二、技术背景
森林生态系统作为陆地自然生态系统的主体，在保护生物多样性及维持全球碳平衡方面起着重要作用。而林火作为森林生态系统的重要干扰因子，随森林植被的分布、结构个功能具有重大意义。大规模、高强度的森林火灾对人类生命财产构成重大威胁。森林可燃物、气象气候和火源、社会人文、地形地势要素是森林火灾发生的重要要素，其中森林可燃物(包括树木、草灌等植物)是森林火灾发生的物质基础和首要条件，是决定森林火灾发生和蔓延的关键因素，，任何微弱变化都可导致森林火灾行为发生质的变化，其含水率的大小决定森林燃烧的难易程度，是判断林火能否发生火险等级预报的重要依据。
枯落物层是森林生态系统物质和养分循环的重要组成部分，在水土保持、水源涵养等方面发挥着重要作用，同时，枯落物层也是森林地表可燃物的主要集中部分。枯落物含水量不仅可以影响到地表径流、水分入渗和蒸发等水文过程，而且直接影响森林火灾发生的难易程度、森林火灾产生火势的强弱以及森林火灾蔓延的速度，因此，枯落物含水率测定同样是森林动态监测的重要环节。
为了有效的经营和监督森林生长以及预防森林火灾，本发明提供一种基于气象数据、感知网络仪器的树木、枝叶及枯落物含水率的测定方法。由智能手机、气象测定仪(由多种气象传感器构成)、微型生长锥、手机显微镜及配套软件组成；实现了林火、测树、环境信息监督和测定方案。
三、发明内容
为了有效的预防森林火灾，减少火灾发生次数，本发明通过提供一种可靠的森林地表可燃物(树木、枝叶及枯落物)含水率测定方法，结合森林资源分布、气象条件、地形地貌，创建可燃物含水率与降雨量、时间、温度、植被类型等关系，利用卫星遥感技术，建立森林可燃物含水率反演模块，生成可燃物含水率分布图，结合历史火情有效的预测预报森林火灾发生情况。
主要发明内容：
一种树木枝叶及枯落物的含水率测定方法，由智能手机、气象测定仪(由多种气象传感器构成)、移动气象站、固定气象站及配套软件组成；实现了森林可燃物含水率测定以及森林火险区划。
(1)灌木含水率模型：根据二调数据设置灌木样地，样地内记录空气温湿度、风速风向、土壤温湿度等指标，样地内采集灌木枯落物及灌木枝干进行降雨实验，在单位面积内喷洒10mm、20mm、30mm、50mm、100mm水，分别测定喷水不同阶段后的样品湿重，最后将样品烘干测得样品干重，计算得出含水率，研建含水率模型。
(2)草木含水率模型：根据二调数据设置草木样地，样地内记录空气温湿度、风速风向、土壤温湿度等指标，样地内采集草木枯落物及草木叶片进行降雨实验，在单位面积内喷洒10mm、20mm、30mm、50mm、100mm水，分别测定喷水不同阶段后的样品湿重，最后将样品烘干测得样品干重，计算得出含水率，研建含水率模型。
(3)主要树种含水率与降雨量关系：降雨量对于可燃物含水率变化有着显著影响，而降雨量(R)＝R1(树冠径流)+R2(土壤吸收)+R3(地表径流)，不同的植被类型(乔木、灌木、草)在不同状态(鲜活、枯死)及不同地形地势，不同气象有不同的R1、R2和R3。将一份枝干样本取适量烘干测得干重，计算得出初始含水率，再取适量样本进行降雨10mm实验，分别在2小时、4小时后、6小时后、8小时后、10小时后、12小时后、24小时后测量样品重量，记录重量(W1)及时间间隔内的平均温度(T1)、平均湿度(h1)，模拟降雨量达到10mm情况下样品的各项数据，同样进行降雨20mm、50mm、100mm后的模拟实验，记录每次不同降雨量条件下的重量(W1)、平均温度(T1)、平均湿度(h1)数据。每份样品依据此方法进行实验，形成表格。
本项发明与现有方法相比具有以下优点：
(1)为森林火险气象预报、综合预报方法建立重要依据，通过微样地数据和降雨量实验结合，分析主要树种的含水率计算方法。
(2)通过可燃物含水率模型可以更快的预判森林火灾的发生。
(3)为林火监督与防控以及林火火险等级预报提供了一种新的思路和方法。
四、附图说明
下面结合附图和实例对本发明进一步说明。
图1为树冠径流表；
图2为土壤吸收表；
图3为地表径流表；
图4为降雨实验数据表；
图5为气象测定仪中的各个传感器(风速、风向、温度、湿度、CO2等传感器)；
图6为软件获取传感器数据的部分界面。
五、具体实施方式
此方法实现主要包括可燃物采集、微样地调查以及含水率测定等，具体是：
(1)微样地调查：在森林中选取具有代表性的区域进行微样地规划，微样地布设采用“五棵树”的方法，即以一棵待观测树木为中心木，在其周围选取4棵观测木，测定所有树木的胸径值、中心木的树高、中心木的最远距离，在样地内进行每木检尺，记录树种，测量树木的胸径和树高，软件将根据样地面积和样地内的树木信息自动推算整个林分的林分密度、林分蓄积量、生物量和碳储量等林分参数；
(2)生长量测定：树木年轮信息是重要的林木特征参数，蕴含着大量的气候、天文、医学和环境等方面的历史信息。对树木年龄、生长量的确定和树木生长模型的建立有决定性作用，是研究树轮相关科学中的重要数据。利用电动生长锥快速钻取树芯，搭配LINTAB树木年轮分析仪，可以进行精确、稳定的年轮分析，实现树木年龄、生长量的自动精准测定。通过连年监测测可监督森林的生长情况及生长速度，改善和提升森林经营管理的质效；
(3)可燃物采集：森林中的所有有机物都是可燃物，包括森林中的乔木、灌木、草本植物、苔藓、地衣、枯枝落叶、腐殖质和泥炭等。特别是枯枝落叶，干枯的草本植物最易燃烧。采用随机抽样的方法，在不同类型的样地中，根据不同林份条件采集典型林分下的地表可燃物的样品，用于每个树种的地表可燃物燃烧性的测定。选择落叶松、榛柴、白桦、山杏、樟子松，油松、草地、灌杂等典型林分下的地表可燃物作为实验材料。将采集的各个树种的样品现场称鲜重后装入密封袋中，带回实验室进行实验分析；
(4)可燃物含水率测定：可燃物含水率测定主要针对枯落物和枝叶，在进行含水率关系模型分析时，首先布设10cm*10cm样地，进行模拟降雨实验，将采集的树木、枝叶、枯落物分区域分树种高空悬挂，采用100ml带有刻度的针孔状水杯，均匀的在地块中洒水(10ml、20ml、30ml、50ml、100ml)，分别间隔2h、4h、6h、8h、10h、12h、24h后称重，之后将其放置在80℃条件下连续烘干12h以上，直至质量不再变化，记录样品的干重，根据实验所得的湿重和干重建立模型求含水率(可燃物含水率＝(样品鲜重-样品干重)/样品干重×100％))。同时按规定的间隔时间通过移动气象监测站记录其实验场地的光照度、空气温湿度、风速、风向等。
(5)环境信息测定：将设备和传感器安装固定在降雨实验场地附近，设定时间间隔，开启环境信息测定；软件将定时的通过气象测定仪获取(由各传感器测定数据并上传)获取气象信息(风速、风向、温度、湿度、CO2、PM2.5、CH4等)，并将此信息记录和保存。

Claims (1)

1.一种树木枝叶及枯落物的含水率测定方法，其特征是：结合智能手机、气象测定仪(由多种气象传感器构成)、移动气象站、固定气象站及配套软件等装备，通过森林可燃物含水率的测定，掌握森林火灾发生，为森林火灾后续危险性评估，重点隐患评估以及风险评估区划提供基础数据，有效的预防森林火灾，减少火灾发生次数，预测预报森林火灾发生情况，具体是：
(1)微样地调查：在森林中选取具有代表性的区域进行微样地规划，微样地布设采用“五棵树”的方法，即以一棵待观测树木为中心木，在其周围选取4棵观测木，测定所有树木的胸径值、中心木的树高、中心木的最远距离，在样地内进行每木检尺，记录树种，测量树木的胸径和树高，软件将根据样地面积和样地内的树木信息自动推算整个林分的林分密度、林分蓄积量、生物量和碳储量等林分参数；
(2)生长量测定：树木年轮信息是重要的林木特征参数，蕴含着大量的气候、天文、医学和环境等方面的历史信息；对树木年龄、生长量的确定和树木生长模型的建立有决定性作用，是研究树轮相关科学中的重要数据；利用电动生长锥快速钻取树芯，搭配LINTAB树木年轮分析仪，可以进行精确、稳定的年轮分析，实现树木年龄、生长量的自动精准测定，通过连年监测测可监督森林的生长情况及生长速度，改善和提升森林经营管理的质效；
(3)可燃物采集：森林中的所有有机物都是可燃物，包括森林中的乔木、灌木、草本植物、苔藓、地衣、枯枝落叶、腐殖质和泥炭等。特别是枯枝落叶，干枯的草本植物最易燃烧；采用随机抽样的方法，在不同类型的样地中，根据不同林份条件采集典型林分下的地表可燃物的样品，用于每个树种的地表可燃物燃烧性的测定；选择落叶松、榛柴、白桦、山杏、樟子松，油松、草地、灌杂等典型林分下的地表可燃物作为实验材料；将采集的各个树种的样品现场称鲜重后装入密封袋中，带回实验室进行实验分析；
(4)可燃物含水率测定：可燃物含水率测定主要针对枯落物和枝叶，在进行含水率关系模型分析时，首先布设10cm*10cm样地，进行模拟降雨实验，将采集的树木、枝叶、枯落物分区域分树种高空悬挂，采用100ml带有刻度的针孔状水杯，均匀的在地块中洒水(10ml、20ml、30ml、50ml、100ml)，分别间隔2h、4h、6h、8h、10h、12h、24h后称重，之后将其放置在80℃条件下连续烘干12h以上，直至质量不再变化，记录样品的干重，根据实验所得的湿重和干重建立模型求含水率(可燃物含水率＝(样品鲜重-样品干重)/样品干重×100％))；同时按规定的间隔时间通过移动气象监测站记录其实验场地的光照度、空气温湿度、风速、风向等；
(5)环境信息测定：将设备和传感器安装固定在降雨实验场地附近，设定时间间隔，开启环境信息测定；软件将定时的通过气象测定仪获取(由各传感器测定数据并上传)获取气象信息(风速、风向、温度、湿度、CO2、PM2.5、CH4等)，并将此信息记录和保存。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116992191A (zh) * 2023-09-27 2023-11-03 西安中碳环境科技有限公司 多源遥感数据驱动的森林碳汇动态监测与评估系统
CN117949342A (zh) * 2024-03-27 2024-04-30 四川省林业和草原调查规划院(四川省林业和草原生态环境监测中心) 一种林下枯落物含水率在线测量装置

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